DE102014002388A1

DE102014002388A1 - Verfahren und Messeinheit zur Ermittlung von Wicklungsfehlern in Elektrogeräten

Info

Publication number: DE102014002388A1
Application number: DE102014002388.5A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Michael Pekar; Markus Bernstein; Klaus Styhler
Original assignee: GMC I MESSTECHNIK GmbH; GMC-I Messtechnik GmbH
Current assignee: Gossen Metrawatt De GmbH
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2015-08-27
Also published as: EP2910961B1; EP2910961A1; ES2645157T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Wicklungsfehlern in Elektrogeräten, mit den Schritten: Bereitstellen einer Spannung, Anlegen der Spannung an den Eingang einer Impulseinheit mit einer Kapazität, wodurch die Kapazität aufgeladen wird, und wobei der Kondensator mit einer Schaltfunkenstrecke verbunden ist, Ausgabe wenigstens eines Stromimpulses durch die Schaltfunkenstrecke auf den Ausgang der Impulseinheit, aufeinanderfolgendes Anlegen des Ausgangs der Impulseinheit an wenigstens zwei Wicklungen eines Elektromotors, Auswerten der Antwortsignale, die durch das Anlegen des Ausgangs jeweils entstehen, durch eine Auswerteeinheit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Wicklungsfehlern in Elektrogeräten.
Es ist bekannt, Wicklungen in Elektrogeräten nach der Wicklung zu überprüfen, um Wicklungsfehler aufzufinden.
Hierfür existieren spezielle Wicklungsprüfgeräte, die eigens für die Überprüfung von Wicklungen konzipiert sind. Eine entsprechende Vorrichtung mit einem Prüfverfahren geht aus der DE 197 26 394 A1 hervor.
Dort ist ein Prüfverfahren zur Erkennung von Isolationsschwachpunkten und Isolationsfehlern in Wicklungen beschrieben, bei der eine auf den Prüfling abgestimmte Kapazität verwendet wird. Dabei wird für jede Windung die Isolationsgüte separat bestimmt.
Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren zur Ermittlung von Wicklungsfehlern in Elektrogeräten, das vereinfacht durchführbar ist und gegebenenfalls auch einen mobilen Einsatz vor Ort ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Als Kern der Erfindung wird angesehen, dass aus einer Kapazität und einer Wicklung eines Elektrogeräts ein Schwingkreis gebildet wird, dessen Antwortsignal auf einen Spannungspuls ausgewertet wird.
Bei einem Elektrogerät kann es sich um einen Elektromotor, sowohl für Küchengeräte, Kraftfahrzeuge, usw., Aktuatoren, Sensorspulen, Ventile, Ablenkspulen, Transformatoren oder auch Elektromotoren handeln. Bevorzugt handelt es sich um einen Drehstrommotor.
Zur Feststellung eines Wicklungsfehlers, insbesondere eines Wicklungsschlusses, wird eine Spannung an eine Impulseinheit mit einer Kapazität angelegt, wodurch die Kapazität geladen wird. Bei der Kapazität handelt es sich üblicherweise um einen Kondensator. Eine mit der Kapazität verbundene Schaltfunkenstrecke schaltet durch, sobald die Kondensatorspannung die Schaltspannung der Schaltfunkenstrecke übersteigt, wodurch ein Spannungsimpuls abgegeben wird.
Der am Ausgang der Impulseinheit befindliche Prüfling, also die Wicklung, bildet mit der Kapazität einen LC-Schwingkreis, der auf diesen Spannungsimpuls ein Antwortsignal generiert. Es ist dabei unerheblich, ob die Wicklung vor oder nach dem Anlegen der Spannung an die Impulseinheit angeschlossen wird. Bevorzugt ist allerdings, dass erst die Wicklung an den Ausgang der Impulseinheit angeschlossen wird und danach die Spannung angelegt wird. Bevorzugt wird eine Hochspannung bereitgestellt, also eine Spannung von 1000 V oder mehr.
Die Impulsentladung des LC-Schwingkreises ist das Antwortsignal, das erfasst und ausgewertet wird. Das zeitliche Verhalten des Antwortsignals ist dabei charakteristisch für die Anzahl und Lage der Windungen. Diese stellen dabei die Induktivität des LC-Schwingkreises dar. Bevorzugt wird als Parameter des Antwortsignals die Zeitdauer des ersten Schwingungsteils der Gesamtschwingung ermittelt. Dieser Wert kann angezeigt, sonst wie ausgegeben oder auch gespeichert werden.
Um eine kostengünstige Messung durchführen zu können kann die Impulseinheit an ein Multimeter angeschlossen werden Dieses kann die benötigte Spannung, auch 1 kV, bereitstellen und auch das Antwortsignal auswerten, also die Zeitdauer des ersten Schwingungsteils ermitteln. Somit kann die Feststellung der Fehlerfreiheit einer Wicklung alleine mit einem Zusatzgerät in Form der Impulseinheit vorgenommen werden, wobei alle durch die Impulseinheit nicht bereit gestellten Funktionen bereits in einem üblicherweise vorhandenen Multimeter bereitgestellt werden, das für die Bereitstellung des Messverfahrens gewisse Grundvoraussetzungen bezüglich Ausgangsspannung und vergleichende Auswertungsmöglichkeiten mitbringen muss.
Misst man lediglich eine Wicklung, benötigt es Vorwissen, um ein Antwortsignal auswerten zu können. Daher besteht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung darin, wenigstens zwei Wicklungen eines Elektrogeräts nacheinander auszumessen und die Zeitdauern zu vergleichen. Liegen diese weiter auseinander als ein vorgegebener Schwellwert, ist eine der Wicklungen fehlerhaft. Testet man drei Wicklungen bzw. deren ermittelte Zeitdauern gegeneinander, ist die Wahrscheinlichkeit, dass alle drei Wicklungen gleichsam defekt sind, extrem gering.
So erhält man auf einfache Art und Weise und insbesondere ohne Vorwissen eine Aussage darüber, ob alle Wicklungen eines Elektromotors fehlerfrei sind. Aussagen über die Art einzelner Windungsfehler der einzelnen Windungen können nicht getroffen werden, dafür ist das Verfahren schnell, flexibel und einfach durchzuführen.
Der Ausgang und der Eingang der Impulseinheit können dabei mehrere, bevorzugt zwei, Anschlüsse aufweisen. Der Eingang ist die Seite der Impulseinheit, die mit der Spannungsquelle, insbesondere dem Multimeter, verbunden ist, während der Ausgang mit dem Prüfling verbunden ist oder wird.
Die Spannung wird durchgehend angelegt, durch den Messaufbau werden periodisch Spannungsimpulse ausgegeben und Antwortsignale erzeugt. Die Antwortsignale einer Wicklung können entweder immer wieder unabhängig voneinander berechnet und ausgegeben werden, die ermittelten Zeitdauern können aber auch zu einem Mittelwert verrechnet werden. Eine Mittelwertbildung ist selbstverständlich nur mit den Messdaten einer Wicklung sinnvoll.
Die Auswerteeinheit kann insbesondere einen Komparator umfassen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Zeichnungsfiguren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Messaufbau mit Impulseinheit und
2 einen Signalverlauf.
1 zeigt einen Messaufbau umfassend ein Multimeter 1, eine Impulseinheit 2 und einen Prüfling in Form einer Wicklung 3 in einem Elektromotor 4.
Die weiteren Wicklungen 5 und 6 des Elektromotors 4 können nach der Untersuchung der Wicklung 3 geprüft werden.
Im Folgenden wird die Impulseinheit 2 näher beschrieben. Der Eingang der Impulseinheit umfasst zwei Anschlüsse 7 und 8, mit denen die Impulseinheit 2 an das Multimeter 1 angeschlossen bzw. anschließbar ist. Der Kondensator 9 als Kapazität und der Entladewiderstand 10 sind parallel geschaltet, wobei der Entladewiderstand 10 auch als Personenschutz dient.
Mit dem Kondensator 9 ist eine Schaltfunkenstrecke 11 verbunden. Diese umfasst einen Entladeraum zwischen zwei Elektroden. Ist die Spannung zwischen den Elektroden größer als die Überschlagsspannung, wird ein zwischen den Elektroden befindliches Gas ionisiert und die Strecke wird kurzfristig kurzgeschlossen. So kann der Spannungsimpuls in den IC-Schwingkreis bestehend aus Impulseinheit 2 und Wicklung 3 induziert werden.
Weiterhin umfasst die Impulseinheit 2 eine Sicherung 12 und einen Schutzwiderstand 13 sowie die Anschlüsse 14 und 15 des Ausgangs.
Die Impulseinheit 2 ist somit einfach aufgebaut und daher sowohl transportabel als auch in Kombination mit einem geeigneten Multimeter betreibbar.
Das Multimeter 1 umfasst eine Hochspannungsquelle 16, einen Spannungsmesspfad 17, einen Komparator 18, einen Prozessor 19, eine Auswerteeinheit 20 und eine Anzeige 21.
Das mit dem gezeigten Messaufbau erhaltbare und am Anschluss 15 abgreifbare Signal ist in 2 dargestellt. Die Achse 22 zeigt dabei die Zeit und die Achse 23 die Signalspannung an. Die Kurve 24 repräsentiert das Signal. Die Kurve 24 besitzt mehrere Parameter wie die Anfangssignalspannung, den Zeitpunkt des ersten Nulldurchgangs, etc. Für Vergleichszwecke herangezogen wird jedoch bevorzugt die Zeitdauer des ersten negativen Schwingungsteils, der zwischen den Punkten 25 und 26 liegt. Es handelt sich also um die erste negative Teilschwingung.
Die Zeitdauer 27 ist ein Messwert im Bereich von einigen Mikrosekunden.
Um die Auswertung möglichst einfach zu gestalten ist das folgende Verfahren vorgesehen:
Als Prüfling wird eine erste Wicklung, bspw. die Wicklung 3, an der Impulseinheit 2 angeschlossen.
Am Multimeter 1 wird, bevorzugt mit zwei 1,5 V-Batterien, eine Hochspannung bis 1050 Vdc generiert. Diese Hochspannung lädt den Kondensator 9 auf. Überschreitet dessen Spannung die Überschlagsspannung der Schaltfunkenstrecke 11 schaltet diese durch. Dadurch wird auf den Ausgang der Impulseinheit 2 ein Spannungs-Impuls gegeben.
Die Wicklung 3 ist eine Induktivität, die zusammen mit dem Kondensator 9 einen LC-Schwingkreis bildet. Der Spannungs-Impuls wandelt sich so in eine periodisch abklingende Schwingung.
Der Zeitverlauf dieser Schwingung wird im Multimeter 1 mit dem Prozessor 19 und der Auswerteeinheit 20 ausgewertet. Hierzu wird im Spannungsmesspfad 17 die Impulsentladung erfasst und dem Komparator 18 und danach dem Prozessor 19 zugeführt. Über die Auswerteeinheit 20 wird die Zeitdauer 27 des ersten Schwingungsteils der gesamten Schwingung berechnet. Diese Zeitdauer 27 kann an der Anzeige 21 angezeigt oder in einem Speicher gespeichert werden.
Auf die beschriebene Art werden auch für die weiteren Wicklungen 5 und 6 des Elektromotors 4 die Zeitdauern 27 ermittelt.
Diese werden dann derart miteinander verglichen, dass die Differenzen ermittelt werden. Diese dürfen nur einen vorgegebenen Wert voneinander abweichen, ansonsten gilt eine der Wicklungen als defekt.
Kann man keine Zeitdauern mehrerer Prüflinge miteinander vergleichen benötigt man Vorwissen, um die Zeitdauer 27 richtig bewerten zu können.
Grundsätzlich ist es möglich, ein Multimeter, das in Zusammenhang mit der Impulseinheit eingesetzt wird, hard- und softwaremäßig derart herzurichten, dass das Multimeter auf Eingabe eines Startimpulses eine erste Messung und nach einer weiteren Eingabe eines weiteren Startimpulses eine zweite und weitere Messungen durchführt.
Die Anzahl der Messungen kann im Display 21 angezeigt werden, die ermittelten Ergebnisse können z. B. in Mikrosekunden separat angezeigt werden und werden in einem Speicher des Multimeters abgelegt.
Das Multimeter ist in der Lage, auf die Speicherwerte einer Serie oder mehrerer Messserien zurückzugreifen und die größte Fehlerabweichung zwischen den einzelnen Messungen, die zunächst in Mikrosekunden angezeigt werden, als relativen Fehler anzuzeigen, was beispielsweise durch eine quasi analoge Bargraph-Anzeige geschehen kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, auf andere Weise Fehlerabweichungen darzustellen, z. B. dadurch, dass alphanummerisch angezeigt wird, dass ein maximaler Messfehler bei der letzten Serie bei 10% lag.
Die Bedienungsperson hat dann die Möglichkeit mit einem Blick zu erkennen, ob gewisse Schwellenwerte bei einer Einzelmessung oder Serienmessung überschritten werden und ihre Schlüsse auf die Qualität des Einzelgerätes oder einer Geräteserie zu ziehen.
Bezugszeichenliste

1: Multimeter
2: Impulseinheit
3: Wicklung
4: Elektromotor
5: Wicklung
6: Wicklung
7: Anschluss
8: Anschluss
9: Kondensator
10: Entladewiderstand
11: Schaltfunkenstrecke
12: Sicherung
13: Schutzwiderstand
14: Anschluss
15: Anschluss
16: Hochspannungsquelle
17: Spannungsmesspfad
18: Komparator
19: Prozessor
20: Auswerteeinheit
21: Anzeigevorrichtung
22: Achse
23: Achse
24: Kurve
25: Punkt
26: Punkt
27: Zeitdauer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19726394 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Ermittlung von Wicklungsfehlern in Elektrogeräten (4), gekennzeichnet durch die Schritte: – Bereitstellen einer Spannung, – Anlegen der Spannung an den Eingang einer Impulseinheit (2) mit einer Kapazität (9), wodurch die Kapazität (9) aufgeladen wird, und wobei die Kapazität (9) mit einer Schaltfunkenstrecke (11) verbunden ist, – Ausgabe wenigstens eines Spannungsimpulses durch die Schaltfunkenstrecke (11) auf den Ausgang (14, 15) der Impulseinheit (2), – aufeinanderfolgendes Anlegen des Ausgangs (14, 15) der Impulseinheit (2) an wenigstens zwei Wicklungen (3, 5, 6) eines Elektrogeräts (4), – Auswerten der Antwortsignale (24), die durch die Ausgabe des Spannungsimpulses jeweils entstehen, durch eine Auswerteeinheit (20).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannung eine Spannung von wenigstens 500 V, insbesondere von wenigstens 1000 V, bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung durch eine zur Impulseinheit (2) externe Vorrichtung, insbesondere ein Multimeter (1), bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung die Zeitdauer (27) des ersten negativen Schwingungsteils des Antwortsignals ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorliegen eines Wicklungsfehlers in Abhängigkeit der Übereinstimmung eines Parameters der Antwortsignale (24) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungsfehler angezeigt wird, wenn die Differenz eines Parameters der ausgewerteten Antwortsignale (24), insbesondere der Zeitdauer einer Schwingung oder Halbschwingung, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kapazität ein Kondensator (9) verwendet wird.
Impulseinheit zur Ermittlung von Wicklungsfehlern insbesondere bei Elektromotoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulseinheit (2) eine Kapazität (9) und eine damit verbundene Schaltfunkenstrecke (11) umfasst, wobei die Kapazität (9) mit einer Spannung aufladbar ist und mit der Schaltfunkenstrecke (11) bei Überschreiten einer Überschlagsspannung ein Spannungsimpuls ausgebbar ist.
Impulseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Kapazität ein Entladewiderstand (10) parallel geschaltet ist.
Impulseinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulseinheit (2) einen Schutzwiderstand (13) aufweist.
Impulseinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulseinheit (2) wenigstens eine Sicherung (12) umfasst.
Impulseinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulseinheit (2) als Ausgang wenigstens zwei Anschlüsse (14, 15) aufweist, mit denen die Impulseinheit (2) mit einer Wicklung (3, 5, 6) verbindbar ist.
Impulseinheit nach einem der 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulseinheit (2) als Eingang wenigstens zwei Anschlüsse (7, 8) aufweist, mit denen die Impulseinheit (2) mit einer externen Vorrichtung, insbesondere einem Multimeter (1), verbindbar ist.
Impulseinheit nach einem der 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulseinheit (2) Teil einer elektronischen Messeinrichtung, insbesondere eines Multimeters (1), ist.